本文關(guān)鍵詞：貝氏體鋼軌鋁熱焊劑及熱處理工藝的研究

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【摘要】：針對(duì)我國(guó)高強(qiáng)度高硬度的貝氏體鋼軌,本文研究了適用于高強(qiáng)度貝氏體鋼軌的貝氏體鋁熱焊焊劑、焊后熱處理工藝及設(shè)備,并對(duì)貝氏體鋁熱焊接頭的組織和性能進(jìn)行了分析,完成了貝氏體鋁熱焊接頭在大秦線試驗(yàn)鋪設(shè)。貝氏體鋁熱焊劑的研究表明,在鑄態(tài)下,錳硅含量比過高會(huì)導(dǎo)致焊縫的晶粒內(nèi)部中出現(xiàn)殘余奧氏體組織,使得接頭踏面硬度提高;錳硅含量比過低會(huì)導(dǎo)致焊縫的晶界處出現(xiàn)鐵素體,使得接頭踏面硬度降低。錳硅含量比在1.1~1.2范圍內(nèi),接頭的組織主要由貝氏體+少量鐵素體+少量殘余奧氏體組成,踏面硬度在320~330HB。隨著Cr含量提高,接頭組織中鐵素體消失、殘余奧氏體出現(xiàn),提升接頭踏面硬度。Cr元素代替部分Mn元素的結(jié)果表明,Cr對(duì)組織和力學(xué)性能影響與Mn作用相似。焊劑中添加Ni元素會(huì)導(dǎo)致鋁熱焊接頭中殘余奧氏體增多,接頭踏面硬度提高。設(shè)計(jì)的兩種焊劑方案對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),合金元素含量為0.20%~0.30%C、1.50%~1.90%Mn、1.40%~1.90%Si、0.40%~0.60%Cr,0.30%~0.50%Mo時(shí),鋁熱焊接頭經(jīng)過正火處理,焊縫、熔合區(qū)組織均勻性好,踏面硬度可達(dá)到350~360HB,沖擊功平均AKU=24.25J(室溫),靜彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均滿足TB/T1632.3-2014要求。貝氏體鋁熱焊接頭的熱處理工藝研究表明,加熱+噴風(fēng)不適用貝氏體鋁熱焊焊后熱處理;本研究研發(fā)了適合貝氏體鋁熱焊的加熱+緩冷的熱處理工藝,以及便于操作的熱處理設(shè)備。經(jīng)熱處理后,接頭組織全斷面由無碳化物貝氏體+粒狀貝氏體組成,踏面硬度為340~350HB,抗拉強(qiáng)度平均σb=808.11MPa,熔合區(qū)組織均勻,靜彎強(qiáng)度平均為2504.83kN。貝氏體鋁熱焊接頭中的粒狀貝氏體的形成與Cr、Mo元素分布不均勻有關(guān),粒狀貝氏體平均硬度337.44HV低于無碳化物貝氏體400.92HV。貝氏體鋁熱焊接頭在疲勞測(cè)試過程導(dǎo)致的斷裂,是由于軌底夾渣造成,經(jīng)過改進(jìn)的砂型底板可以滿足接頭疲勞性能測(cè)試。經(jīng)過疲勞測(cè)試的鋁熱焊接頭會(huì)出現(xiàn)少量針狀組織,但并未影響接頭通過疲勞測(cè)試。選用貝氏體焊劑進(jìn)行貝氏體+珠光體鋼軌鋁熱焊接,經(jīng)過熱處理后,接頭的熔合區(qū)貝氏體一側(cè)組織均勻,珠光體一側(cè)晶粒細(xì)化,接頭靜彎強(qiáng)度平均為1909.22kN,踏面硬度平均為312HB,抗拉強(qiáng)度平均σb=809.89MPa,貝氏體一側(cè)軟化區(qū)寬度12mm,珠光體一側(cè)軟化區(qū)寬度6mm。貝氏體鋁熱焊接頭在大秦試驗(yàn)段試鋪結(jié)果表明,貝氏體鋁熱焊接頭性能良好。
【關(guān)鍵詞】：貝氏體鋼軌 鋁熱焊 熱處理
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG40;TG162.82
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 1. 文獻(xiàn)綜述14-24
• 1.1 貝氏體14-17
• 1.1.1 貝氏體相變14-15
• 1.1.2 貝氏體組織15-16
• 1.1.3 合金元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響16-17
• 1.2 高強(qiáng)度鋼軌的研究進(jìn)展17-20
• 1.3 鋁熱焊20-21
• 1.4 國(guó)內(nèi)外鋁熱焊研究現(xiàn)狀21-24
• 2 實(shí)驗(yàn)方案24-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及工藝24-25
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料24-25
• 2.1.2 試驗(yàn)工藝25
• 2.2 貝氏體鋁熱焊的性能指標(biāo)25-26
• 2.3 貝氏體鋼軌鋁熱焊劑的研究26-29
• 2.3.1 焊接成分測(cè)定26-27
• 2.3.2 組織要求27
• 2.3.3 焊接接頭踏面硬度27-28
• 2.3.4 超聲波探傷要求28
• 2.3.5 力學(xué)性能測(cè)試28-29
• 2.4 貝氏體鋁熱焊熱處理工藝研究29-30
• 2.5 力學(xué)性能研究30
• 2.6 貝氏體鋁熱焊接頭試鋪30-31
• 3 貝氏體鋁熱焊劑的研究31-50
• 3.1 仿鋼軌成分設(shè)計(jì)31
• 3.2 焊劑成分優(yōu)化31-43
• 3.2.1 錳硅含量對(duì)焊縫的影響32-37
• 3.2.2 鉻元素對(duì)焊縫影響37-38
• 3.2.3 鎳元素對(duì)焊縫影響38-39
• 3.2.4 Cr元素代替部分Mn元素對(duì)焊縫的影響39-43
• 3.3 貝氏體鋁熱焊劑合金成分作用及成分設(shè)計(jì)43-44
• 3.4 兩種鋁熱焊劑組織及性能對(duì)比44-48
• 3.4.1 焊縫組織44-46
• 3.4.2 熔合區(qū)組織46-47
• 3.4.3 硬度試驗(yàn)47
• 3.4.4 靜彎試驗(yàn)47
• 3.4.5 拉伸試驗(yàn)47-48
• 3.4.6 沖擊試驗(yàn)48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 4 貝氏體鋁熱焊熱處理50-68
• 4.1 噴風(fēng)對(duì)貝氏體鋁熱焊接頭的影響50-52
• 4.2 熱處理設(shè)備52-55
• 4.2.1 加熱砂型的設(shè)計(jì)52-53
• 4.2.2 緩冷箱的設(shè)計(jì)53-55
• 4.3 熱處理接頭焊縫組織及性能的影響55-60
• 4.4 熱處理對(duì)熔合區(qū)顯微組織及性能的影響60-67
• 4.4.1 熔合區(qū)條帶狀組織硬度分析61-63
• 4.4.2 熔合區(qū)條帶狀組織成分分析63-65
• 4.4.3 熔合區(qū)條帶狀組織分析結(jié)論65-66
• 4.4.4 熱處理對(duì)條帶狀組織影響66-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 5 貝氏體鋼軌鋁熱焊接頭的疲勞性能優(yōu)化及組織觀察68-77
• 5.1 疲勞斷裂原因分析68-72
• 5.1.1 疲勞1#接頭分析69-70
• 5.1.2 疲勞2#接頭分析70-72
• 5.2 砂型優(yōu)化72-73
• 5.3 貝氏體組織分析73-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 6 熱處理對(duì)貝氏體鋼軌和珠光體鋼軌鋁熱焊性能影響77-84
• 6.1 微觀組織對(duì)比78-79
• 6.2 力學(xué)性能與顯微組織的關(guān)系79-83
• 6.2.1 靜彎測(cè)試79-80
• 6.2.2 踏面硬度測(cè)試80-81
• 6.2.3 拉伸測(cè)試81
• 6.2.4 軟化區(qū)寬度81-83
• 6.3 本章小結(jié)83-84
• 7 貝氏體鋁熱焊的鋪設(shè)使用84-96
• 7.1 鋪設(shè)概況84-85
• 7.2 現(xiàn)場(chǎng)施工鋪設(shè)85-93
• 7.3 超聲波探傷結(jié)果93-96
• 8 結(jié)論與展望96-98
• 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)98-99
• 參考文獻(xiàn)99-102
• 附錄102-108
• 作者簡(jiǎn)歷及科研成果清單108-109
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集109-110
• 詳細(xì)摘要110-124

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